Kinetika Reaksi Penggunaan kinetika dalam bidang pangan pada dasarnya merupakan

2.6. Kinetika Reaksi Penggunaan kinetika dalam bidang pangan pada dasarnya merupakan

penerapan prinsip kinetika yang digunakan dalam reaksi kimia. Kinetika kimia ialah suatu telaah mengenai laju reaksi kimia dan perubahannya pada berbagai kondisi Labuza 1983. Kinetika kimia juga berkaitan dengan perubahan suatu sifat kimia dalam suatu waktu Steinfeld et al. 1989. Kinetika dalam bidang pangan telah meluas penggunaannya, bukan hanya mempelajari perubahan kimia tetapi juga fenomena fisik dalam bahan pangan yang dapat dijelaskan dengan kinetika seperti pendugaan waktu kadaluarsa Labuza 1982, gelatinisasi pati dan penyerapan air Wirakartakusumah 1981, perubahan warna roti Priyanto et al. 1990. Manfaat informasi kinetika terutama dalam perencanaan proses, pengembangan produk dan penyimpanan bahan pangan Lenz Lund 1980. 2.6.1. Persamaan Kinetika Reaksi Perubahan kimia dapat terjadi dalam bentuk sederhana hingga kompleks yaitu terdiri atas beberapa tahap dan umumnya mencakup satu atau lebih senyawa antara. Reaksi kimia yang hanya berlangsung satu tahap disebut reaksi elementer yaitu reaksi dimana produk diperoleh langsung dari reaktan. Reaksi elementer dapat dinyatakan dalam molekuritasnya, sehingga dikenal dengan reaksi unimolekuler, bimolekuler dan seterusnya. Model kinetika dalam bentuk sederhana diawali dengan model yang didasarkan reaksi elementer dengan persamaan-persamaan berikut Steinfeld et al. 1989. Reaktan A bereaksi dengan reaktan B menghasilkan X dan Y, dan persamaan stoikiometri dapat dituliskan sebagai berikut : a A + b B x X + y Y 1 Keterangan: a. b. x dan y adalah jumlah mol A, B, X dan Y Perubahan jumlah reaktan atau produk terhadap waktu disebut laju reaksi R. dan untuk persamaan 1 dapat dinyatakan sebagai : R = θ d dC A − = θ d dC B − = θ d dC X = θ d dC Y 2 Keterangan: d θ : perubahan waktu detik, menit atau jam dCi : perubahan konsentrasi zat i molliter Dalam bentuk yang lebih umum laju reaksi dapat dinyatakan sebagai fungsi f dari konsentrasi reaktan A dan B, sebagai berikut : R = f C A . C B 3 Dengan pendekatan yang sama, R dapat pula dinyatakan sebagai produk X dan Y. Selanjutnya hubungan R sebagai fungsi reaktan atau produk yang sering ditemui adalah bahwa laju reaksi proporsional terhadap hasil kali perpangkatan aljabar dari konsentrasi individual, sehingga dapat disusun kesetaraan sebagai berikut : R = C A m C B n 4 dengan m dan n adalah orde reaksi terhadap A dan B, orde reaksi secara keseluruhan adalah m + n. Kesetaraan dalam persamaan 4 tersebut dapat dijadikan persamaan 5 dengan penyisipan konstanta kinetika k, sehingga diperoleh persamaan berikut : R = k C A m C B n 5 Persamaan 5 disebut persamaan laju rate equation, dan k dikenal sebagai konstanta kinetika. Dengan pendekatan yang sama dapat dibuat model persamaan laju berdasarkan produk, untuk reaksi unimolekuler, termolekuler dan sebagainya.

2.6.2. Model Kinetika Pirolisis

Model kinetika sangat penting untuk menggambarkan mekanisme reaksi pirolisis Koufopanos et al. 1991. Model kinetika mengindikasikan dekomposisi biomassa menjadi senyawa volatil, asap cair dan arang. Rendemen hasil konversi termokimia tergantung suhu, tekanan, waktu, kondisi reaksi dan penambahan reaktan atau katalis Paul 1982; Demirbas Kucuk 1997. Model kinetika yang sesuai apabila konstanta kinetika yang diperoleh memiliki kesalahan kuadrat terkecil r 2 antara data percobaan dengan model simulasi Koufopanos et al. 1991. Pada model kinetika pirolisis umumnya mencari energi aktivasi Ea, konstanta kinetika k dan faktor pra eksponensial A. Mekanisme reaksi pirolisis dari berbagai bahan baku dapat dijelaskan dengan menggunakan model. Model ini diklasifikasikan ke dalam 2 tahap : Tahap 1 model umum yaitu model reaksi dan model semi-umum. Tahap 2 yaitu model semi pirolisis bahan Sheth et al. 2006. Reaksi paralel tahap 1 : Biomassa Volatil + Gas 1 6 Biomassa Arang 1 7 Interaksi Sekunder tahap 2 : Volatil + Gas 1 + Arang 1 Volatil + Gas 2 + Arang 2 8 Model ini mengindikasikan tentang biomassa mengalami dekomposisi menghasilkan volatil, gas dan arang. Produk volatil dan gas bereaksi dengan arang menghasilkan volatil, gas dan arang reaksi 1 dan 2. Selanjutnya pirolisis produk primer dalam interaksi sekunder reaksi 3, menghasilkan modifikasi produk akhir Koufopanos et al. 1991. Didasarkan atas unit daerah permukaan surface area dalam sistem padatan gas persamaan kinetika untuk mekanisme pirolisis dapat ditulis sebagai berikut : r 1 = k 1 B n1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ V SA 9 r 2 = k 2 B n1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ V SA 10 r 3 = k 3 G 1 n2 C 1 n3 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ V SA 11 Keterangan: ri = Laju reaksi i V = Volume partikel k 1 = Konstanta kinetika reaksi 1 B = Konsentrasi biomassa k 2 = Konstanta kinetika reaksi 2 C 1 = Konsentrasi arang k 3 = Konstanta kinetika reaksi 3 G 1 = Konsentrasi komponen asap cair n i = Orde reaksi ke i SA = Surface Area partikel Model kinetika pirolisis yang akan ditelaah disini adalah model Arrhenius dan